尿素水解制氨工艺在烟气脱硝中的应用

尿素水解制氨工艺在烟气脱硝中的应用

发表时间：2018-10-14T10:20:34.797Z 来源：《电力设备》2018年第18期作者：刘文龙

[导读] 摘要：我国经济快速发展，各行业的发展由于科学技术的介入，也是发展非常迅速，尤其是电力行业的发展。

（国电库车发电有限公司新疆阿克苏 842000）

摘要：我国经济快速发展，各行业的发展由于科学技术的介入，也是发展非常迅速，尤其是电力行业的发展。某电厂2×330MW机组脱硝还原剂现采用尿素，尿素作为原料制取氨气相对于氨水及液氨安全性较高，且运行稳定可靠，具有较高的推广价值。

关键词：尿素水解制氨工艺；烟气脱硝；应用

引言

电力行业发展至今已经有了相当的规模和先进的科学技术水平。同时为国家经济做出突出贡献。现有烟气脱硝工程中还原剂在液氨、氨水、尿素中进行选择，液氨和氨水都是有毒物质，其运输和储存都属于重大危险源，具有较大的安全风险。

1尿素制氨工艺

尿素制氨的工艺原理是尿素水溶液在一定温度下发生分解，生成气体二氧化碳、水蒸气和氨气，尿素制氨工艺主要有两种：热解法和水解法，尿素热解和水解工艺是由于温度压力条件不同，有着不同化学过程。水解法是将尿素以水溶液的形式加以分解，热解法是直接快速加热雾化后的尿素溶液进行分解。

2尿素水解工艺系统简介

尿素水解制氨工艺主要由尿素颗粒储存和溶解输送系统、尿素水解系统组成，尿素溶解及输送系统尿素采用袋装（50kg，总氮≥46.4，粒径范围1.18～3.35mm，执行《尿素标准》（GB2440-2001），尿素通过运输车运到尿素溶液制备区后，储存在尿素储仓间内。在配置尿素溶液时，通过拆包破袋后送至斗提机，尿素颗粒通过斗式提升机提升到一定高度后进入尿素溶解罐。在溶解罐中，用除盐水制成一定浓度的尿素溶液。蒸气盘管加热系统启动使溶液保持在一定的温度，提供尿素溶解所需的热量，尿素溶液在配制过程中可通过开启尿素溶液混合泵将尿素溶液进行循环搅拌，使溶解更加充分。尿素溶液在尿素溶解罐内配制完毕后通过尿液混合泵输送至尿素溶液储罐。尿素溶液储罐同样配有加热盘管，使尿素溶液保持在一定的温度（50℃～70℃），此时防止因温度过低造成尿素结晶。

3尿素催化水解系统

尿素催化水解制氨系统是将浓度约50%、温度为50℃的尿素溶液通过高压泵从尿素储罐打入尿素水解罐中，在压力0.4～0.9MPa、温度135℃～160℃和催化剂的作用下进行水解反应，产生氨气、二氧化碳、水蒸汽混合气。混合气经由减压、流量控制调节与稀释风在氨空气混合器中混合，将氨浓度稀释至5%以下，最后进入SCR反应器内进行脱硝反应。

4尿素水解制氨工艺在烟气脱硝中的应用

4.1尿素供应系统优化措施

尿素供应采用人工拆袋、间断供应方式，尿素溶液储存罐液位较高时停止供应，液位低时拆袋供应。工人在供应前先将袋装尿素集中在斗提机下料口周围，然后拆袋，在人工投料过程中容易存在将袋绳及其他杂物掉入斗提机内的情况。为了防止尿素溶液管道堵塞，在尿素溶液混合泵前加装滤网，定期进行清理，可有效防止因尿素溶液堵塞造成系统停运，也可防止杂质混入水解模块，影响制氨效率。通常尿素供应只有一套斗提机加注尿素的设备，当斗提机出现故障或大修时，不能满足尿素的正常供应，故在尿素溶解罐的上部另设计一个人工加注口，在斗提机不能正常使用时可保证机组正常尿素供应。

4.2尿素溶液室外输送管道的防冻措施

尿素制备区与尿素水解区距离约400米，锡林浩特冬季室外最低温度可达-42℃，为防止尿素在管道内结晶，管道伴热采用蒸气伴热和电伴热，正常运行时用蒸气伴热，在蒸气伴热出现故障时采用电伴热。伴热的可靠性对输送管路正常运行至关重要。

4.3催化水解排污处理措施

尿素及催化剂含有杂质及反应过程中产生的污染物，所以需要定时清理反应器中的固体、沉积物和其他污染物，使其保持至最小值。排污时间及频率：1）反应器废水排污建议排污时间2分钟，每周进行1次，将反应器底部杂质排净；2）反应器表面排污建议排污时间2分钟，每3周进行1次，将反应器表面杂质排净。根据化验尿素废水水质，可将尿素废水排至锅炉零米煤泥水池，1周产生废水约10m3，尿素溶液呈中性，不会对煤泥水系统产生腐蚀作用。

4.4管道气体置换措施

氨气爆炸极限为15.7%～27.4%，其火灾危险性属乙类2项物品。对于电厂，在机组初次投运脱硝供氨系统时，喷氨管道需先进行惰性气体（氮气）置换，防止管路中的氨气浓度达到爆炸极限。当供氨管路及箱罐存在检修工况时，也必须进行惰性气体置换，防止由于氨气浓度处于极限浓度范围，导致爆炸现象发生。紧急关机时，必须及时手动吹扫氨气管线，停机后必须及时手动吹扫废气管线，以防止氨气在管路中凝结堵塞管路。

5催化水解特点

（1）能耗低、能耗成本低。调试期间，水解系统平均每产生1kg氨气消耗4.12kg参数为1MPa，180℃的饱和蒸汽，每公斤氨气耗能8296.9kJ，蒸汽按电厂外销价格每吨51元人民币计算，则水解制氨每公斤氨气能耗成本为0.21元人民币；调试期间，热解系统平均电功率为342.2kW，平均每产生1kg氨气消耗电量4.4kW•h，耗能为15840kJ，电价按照厂用电价格计算，为0.35元人民币/kW•h，则热解制氨每公斤能耗成本为1.54元人民币；水解能耗约为热解的52%，但是由于水解消耗的是低品位蒸汽，而热解消耗的是高品位电能，水解能耗成本约为热解的14%。（2）脱硝系统的可靠性高。尿素催化水解系统制取的氨气没有任何中间副产物，对催化剂和机组没有任何副作用：尿素催化水解系统产品气理论产氨量为28.3%（wt），实际产品气氨气质量浓度为27.5%～29.2%，平均氨气质量浓度为28.47%（wt）。

6尿素水解罐合理布置及安全性评价

合理优化氨气管道路径，可有效防止氨气管道因温降导致结晶的故障。经综合考虑，将尿素水解罐布置在锅炉房零米，尿素水解后的氨气管道布置在锅炉房内，可有效降低热损失，提高氨气管道输送的可靠性。在尿素水解项目中，水解器制氨系统是集压力容器、阀门、仪表、电气控制、钢结构底座、电伴热系统、防腐保温为一体的整体撬块模块化产品，其压力容器和阀门管道已在出厂前进行了全面检测，并且其中的电机、执行机构和相关设备均采用防爆产品。水解器制氨系统不属于火灾危险性较高的设备，从以下两方面说明。（1）设